1. 歡迎來到期刊VIP網,使用學術咨詢服務
      期刊VIP網10年服務積淀,累計發表20萬份稿件,想要發表論文就來期刊VIP網
      快捷導航
      自動化
      機電一體化
      機械
      工業設計
      化工生產
      電力
      水利
      土木工程
      能源
      您當前的位置:期刊VIP>>論文范文>>工業論文>>電力

      基于雙壓電片的無電池頻率監測節點設計

      發布時間:2020-12-28 10:28所屬分類:電力加入收藏

      摘 要:對于機械、建筑結構的振動監測十分重要,這是預防設備出錯、監測建筑結構異常的主要依據。而傳統的振動信息監測節點存在重大缺陷,如有線

        摘 要:對于機械、建筑結構的振動監測十分重要,這是預防設備出錯、監測建筑結構異常的主要依據。而傳統的振動信息監測節點存在重大缺陷,如有線供電方式布線困難、布線成本高等,若采用電池供電則需要定期更換電池,同時電池會對環境造成一定污染。文中提出了一種基于雙壓電片的無電池頻率監測節點設計,采用壓電片1進行振動能量收集(向整個節點供電),采用壓電片2進行信息采集。該方式無需電池供電,無需布線,大大節省了布線成本與更換電池產生的人工成本。

        關鍵詞:能量收集;振動;無線傳感;監測;信號采集;控制

      電力工程師論文

        0 引 言

        機械、建筑結構的穩定性至關重要,而振動的頻率和幅度是檢測其結構穩定性的重要指標。機械設備在運轉過程中,鐵軌和大橋在車輛通過時,信號塔在大風中都會產生不同程度的振動。正常情況下,機械、建筑結構的振動保持在一個合理的范圍內,但隨著結構的老化或在一些突發情況下,這些結構的振動往往會出現異常,很有可能危害設備及人身安全。如機器在發動機的帶動下工作時,會產生一定的振動,而機器內部零部件異常時,振動頻率和幅度都會發生變化,此時需要及時維修保養,否則極容易損壞精密儀器。

        因此,對于機械、建筑結構的振動監測十分重要,是預防設備出錯、監測建筑結構異常的主要依據。對監測的振動數據進行處理、分析后還可以建立振動信息數據庫,有效判斷故障類型、故障位置和危害程度[1-3]。

        1 系統整體架構設計

        1.1 振動監測方法

        目前,對于振動信息的監測根據供電方式[1]主要分為兩類。

        (1)有線供電:有線供電方式比較穩定,對于節點的耗電也沒有嚴格要求,但往往存在布線困難、布線成本高等缺點,并且布線一旦完成,不容易更改;

        (2)電池供電:電池供電方式克服了有線供電的缺點,但對于無線傳感節點的耗電有嚴格要求,即使耗電較低,電池也終將耗盡,而電池的更換成本及電池對環境的污染也是不可忽視的因素[4-5]。

        1.2 系統整體設計

        本項目擬采用壓電片進行振動能量的收集,并向節點供電。通過該方式采集振動信息將大大降低電池成本和人工成本。系統架構如圖1所示。當外界發生振動時,壓電片1采集振動能,通過能量收集電路向節點供電;壓電片2輸出振動信息(頻率、幅度),并向控制模塊傳輸;最后通過無線收發模塊發送采集的振動信息[6]。

        本文優化了振動監測無線傳感節點,具有以下優勢:

        (1)無需電池供電,無需布線,大大節省了電池成本以及更換電池產生的人工成本;

        (2)無需額外的振動信息采集模塊,降低了系統功耗;

        (3)電路板底部用磁鐵固定,可以方便地吸附于金屬材料之上,使得安裝更加簡便。

        2 能量收集

        2.1 能量收集裝置

        振動是環境中廣泛存在的一種能量形式,如大自然中水和空氣的流動、工業機器運作時產生的振動等。本文采用壓電式振動能量俘獲裝置,利用壓電材料的正壓電效應將環境中的振動能轉換為電能[7-8],其輸出波形如圖2所示。

        如圖2所示,當發生振動時,壓電片輸出交流(AC)信號,當壓電片振動到最大位移時,電壓達到最大值Vmax,且振動幅度越大,Vmax的值就越大。因此,可以通過測量Vmax的值得到振動幅度。t為兩個峰值間的時間,可以通過測量時間t得到振動頻率。

        2.2 能量收集電路

        當發生振動時,壓電片輸出交流(AC)信號,而普通的電子器件需要穩定的直流(DC)電源。因此,壓電片和電子器件之間需要交直流能量收集接口電路。最簡單的接口電路是二極管橋式整流器(DBR)電路。但由于二極管上存在導通壓降,并且DBR電路的能量收集效率受負載阻抗和存儲電壓的影響,所以DBR電路的能量效率較低。而同步電荷提取(SECE)電路較好地解決了負載阻抗匹配問題,并且無需附加自適應電路。

        SECE電路及電路波形如圖3所示。與DBR電路相比, SECE電路需要額外的器件,包括電感、開關和二極管。當壓電片移動到極限位置時,Cp上的電壓達到最大值Vmax,然后開關S打開,L和Cp產生LC振蕩,電感上的電流達到最大值,然后關閉開關S。L的磁能通過二極管轉換成電能,儲存在儲能電容器Cst中。

        本文提出了一種采用無源SECE電路收集能量的方式,電路如圖4所示。

        無源SECE電路無需外部電源即可對壓電片進行振動能量收集。以正半周期為例,當V(a)>V(b)時,MOS管M2導通,M1截止,則V(b)=0 V。等效電流源ip向Cp、C1充電。當壓電片振動到極值位移時,Cp上的電壓達到最大值Vmax,C1上的電壓為Vmax-VBE(其中VBE為三級管基極和發射極的導通壓降)。然后,壓電片開始向平衡位置移動,Cp上的電壓開始減小,而C1上的電壓保持不變。當Cp上的電壓下降到Vmax-2VBE時,三極管Q4導通,Cp上的電荷向電感L轉移,當電感上的電流達到最大值時,三極管斷開,電感通過二極管向負載電容Cr充電。

        3 信號采集

        當對壓電片進行能量收集時,會改變壓電片1的電壓波形,因此無法對壓電片1進行信號檢測。本文采用壓電片2進行信號檢測。信號檢測電路如圖5所示。

        壓電片的兩端分別為a,b。因為壓電片輸出為交流信號,因此信號采集電路需要一個全橋整流電路,其由4個二極管組成。壓電片的輸出電壓較高,因此使用了一個20 MΩ和1.5 MΩ的分壓電阻進行檢測。330 kΩ的電阻和100 pF的電容組成了一個積分電路,當壓電片的電壓達到峰值時,信號采集電路輸出一個脈沖。

        推薦閱讀:發表電力線路檢測論文的期刊


      轉載請注明來自:http://www.aapkanpur.com/dianli/54873.html

      上一篇:論用電監察工作面臨的問題及反竊電思考
      下一篇:探討中低壓農村電網的改造設計

      幫您下載文獻

      *范文題目:

      *作者姓名:

      *期刊名稱:

        期刊刊期:

      *聯系方式:

      聲明:*號必填。下載文獻后將以文件形式發送至您預留的聯系方式,請確保有效性。寫好后點擊通知編輯

      乐彩网 www.szqishi.com:马山县| www.bbtwl.com:资兴市| www.becaramoscow.com:万荣县| www.mikeharris-em.com:平远县| www.laikaha.com:聊城市| www.myspaceproxyace.com:芦山县| www.swaggjewels.com:宣武区| www.iandrgroup.com:绥中县| www.princesstickets.com:北宁市| www.re-cyclers.com:高邑县| www.g5663.com:阿合奇县| www.bellinghamkiwanis.com:玛纳斯县| www.cz-xhw.com:都江堰市| www.donorsnet.net:山东| www.zjxklpme.com:外汇| www.tcslsoccer.org:呼和浩特市| www.cnsc-cts.com:马山县| www.pinksterfeest.org:徐水县| www.yyyuanyi.com:长宁区| www.walterosorio.net:南澳县| www.586652.com:永昌县| www.soft-file.org:河津市| www.218101.com:昆明市| www.ink4arteurope.com:南和县| www.19-2.com:桂东县| www.thetalisker.com:京山县| www.sensationsporthorses.com:尼木县| www.m8667.com:景德镇市| www.citybetgr.com:玉田县| www.inspirediversity.com:平昌县| www.tztrelleborg.com:仙桃市| www.impobol.com:吉林省| www.desengulu.com:长沙市| www.spiritridersmc.org:通道| www.wwwswjlll.com:罗定市| www.africanshawlsupplier.com:南京市| www.avalonwarriors.com:台前县| www.petespencilart.com:涞水县| www.yyllyb.com:黑河市| www.bar-dendo.com:新民市| www.2dfloorplan.com:柳江县| www.xfshh.com:信宜市| www.otunetwork.com:中牟县| www.gearsexporters.com:临邑县| www.leonardhaleyelectric.com:沙坪坝区| www.idcommusa.com:固始县| www.snmp-thermometer.com:许昌市| www.tbspp.com:屯门区| www.himanidalmia.com:重庆市| www.whatssparkling.com:洞口县| www.netjetmarketing.com:砀山县| www.konkurenz.com:玉屏| www.raysofeducation.org:涟源市| www.ibew413benefits.com:禹城市| www.mercadotecniaglobal.com:南汇区| www.ship-worldwide.com:炎陵县| www.inretrospectweb.com:格尔木市| www.thedoveexperience.com:安义县| www.cskurumsaltuketim.com:武冈市| www.catelecast.com:平远县| www.salesqatar.com:汉源县| www.weebweb.com:西林县| www.cialisn.com:岑巩县| www.lechuang-cable.com:共和县| www.wwwdestinos.com:体育| www.f9963.com:隆德县| www.aircompressorhose.org:镇沅| www.soulshakti.org:肃北| www.qipushi.com:霍州市| www.jnshengping.com:临夏县| www.cp3115.com:年辖:市辖区| www.dictionarios.com:仪陇县| www.discover-trinity.org:平舆县| www.solarisband.com:东丽区| www.cp6783.com:济宁市| www.oltreilmarmo.com:鲜城| www.smartwhitesmile.com:漳州市| www.jinanyisheng.com:民丰县| www.zijiamai.com:黎城县| www.mynwabulgaria.com:如东县| www.b-ads.com:沧州市| www.cancerdude.com:青河县| www.ehsggs.com:沛县| www.torrezanefelipe.com:孟连|